Sposób działania narzędzia Geodezyjny obszar widoczności

Dostępne z aplikacją ArcGIS Image for ArcGIS Online.

Narzędzie Geodezyjny obszar widoczności określa z użyciem metod geodezyjnych lokalizacje na powierzchni, które są widoczne dla zbioru punktowych lub poliliniowych obserwatorów. Narzędzie przekształca powierzchnię wysokościową w trójwymiarowy, geocentryczny układ współrzędnych i wyznacza trójwymiarowe linie widoczności do środka każdej przekształconej komórki. Opcjonalnie uwzględnia pionową niepewność lub błąd w wejściowej powierzchni wysokościowej. Ponadto opcjonalnie generowana jest tabela relacji obserwator-region dla maksymalnie 32 obserwatorów (punktowych, wielopunktowych lub poliliniowych), którą można powiązać z powrotem z wejściową klasą obiektów obserwatorów.

Ponieważ obliczenia są wykonywane w prawdziwym trójwymiarowym układzie współrzędnych, narzędzie Geodezyjny obszar widoczności nie wymaga parametru dla poprawek dotyczących krzywizny kuli ziemskiej. Ponadto korzysta również z jednostek Z wejściowego odniesienia przestrzennego, jeśli jest dostępne, a nie z parametru współczynnika Z. Na koniec, ponieważ każda trójwymiarowa linia widoczności jest wyznaczana niezależnie od innych linii widoczności, unika się niektórych błędów, które mogą wkraść się do algorytmu określania widoczności na podstawie czoła fali (jak w istniejącej rodzinie narzędzi geoprzetwarzania związanych z obszarem widoczności). Dzięki temu narzędzie Geodezyjny obszar widoczności generuje dokładniejsze powierzchnie widoczności oraz powierzchnie powyżej poziomu terenu (above ground level — AGL) niż narzędzie Obszar widoczności.

Określanie widoczności

To narzędzie używa geocentrycznych punktów 3D dla obserwatorów, celów i środków komórek powierzchni wysokościowej. Cel to środek komórki powierzchni, do którego dodawane jest opcjonalnie dodatkowe przesunięcie. Geocentryczny trójwymiarowy układ współrzędnych to prawoskrętny kartezjański układ współrzędnych, którego początkiem jest środek Ziemi C, oś X wskazuje punkt przecięcia południka zerowego z równikiem, oś Z wskazuje biegun północny, a oś Y jest obrócona o 90 stopni od osi X zgodnie z ruchem wskazówek zegara, patrząc w dół z bieguna północnego. Na poniższej ilustracji przedstawiono przykładową lokalizację docelową T wyrażoną za pomocą współrzędnych geocentrycznych.

Raster powierzchni i obserwatorów zostają przekształceni z wejściowego układu współrzędnych do trójwymiarowego geocentrycznego układu współrzędnych. Współrzędnymi geocentrycznymi celu T są (Xy, Yt, Zt).

Aby określić widoczność każdego celu, konstruowane są trójwymiarowe linie widoczności z każdego obserwatora do każdego celu. Na poniższej ilustracji przedstawiono sposób konstruowania linii widoczności. Zostaje określona ścieżka w terenie dla każdej linii widoczności na sferoidzie, a następnie jest ona dzielona na kroki równe wielkości komórki. Na tej ilustracji kroki są wyświetlane jako zielone kropki, a odległość między nimi odpowiada wielkości komórki. W każdym kroku obliczana jest odległość d między linią widoczności a powierzchnią. Wysokość podłoża jest szacowana liniową metodą ważonej odwrotności odległości (IDW) z użyciem najbliższych środków komórek. Jeśli wartość d jest dodatnia dla wszystkich kroków w terenie wzdłuż linii widoczności, cel jest uważany za widoczny; w przeciwnym razie jest uważany za niewidoczny.

Widok profilu geocentrycznej trójwymiarowej linii widoczności względem powierzchni wysokościowej i sferoidu bazowego.

Błąd pionowy

Parametr Błąd pionowy jest włączony tylko wtedy, gdy typem analizy jest Częstotliwość. Jest używany w celu uwzględnienia pionowej niepewności w wejściowej powierzchni wysokościowej. Gdy parametr ten ma wartość 0 lub nie jest określony, między obserwatorem a każdym celem jest rzutowana pojedyncza linia widoczności. Wynik wskazuje, czy cel jest widoczny, czy niewidoczny. W takim przypadku w wynikowym rastrze widoczności są rejestrowane dane dotyczące tego, ile razy każda lokalizacja komórki na wejściowym rastrze powierzchni jest widoczna z wejściowych punktów obserwacyjnych.

Gdy parametr Błąd pionowy ma wartość większą niż 0 (na przykład 0,6 m), między obserwatorem, a każdym celem jest rzutowana pewna liczba linii widoczności. Dla każdej linii widoczności i każdego kroku do wartości d dodawana jest liczba losowa o rozkładzie równomiernym z zakresu [-0,6, 0,6]. Jeśli wartość d staje się mniejsza niż zero, dana linia widoczności jest przerywana. W takim przypadku każdy obserwator wnosi do wynikowego rastra widoczności wkład o wartości z przedziału od 0 do 1 (liczba nieprzerwanych linii widoczności podzielona przez łączną liczbę linii widoczności od danego obserwatora) — jest to liczba zmiennoprzecinkowa pojedynczej precyzji.

Określenie AGL

Raster ponad poziomem gruntu (Above Ground Level — AGL) to opcjonalne dane wynikowe reprezentujące wysokość nad poziomem gruntu, na jaką należałoby wznieść niewidoczne komórki docelowe, aby stały się widoczne. Na poniższej ilustracji przedstawiono sposób określania wartości AGL. T jest celem o określonej wysokości (jest to przesunięcie punktu docelowego na rysunku). Linia widoczności między obserwatorem O, a celem T jest zablokowana przez teren, dlatego cel T jest niewidoczny. Jeśli cel zostanie wzniesiony do nowej pozycji T', stanie się widoczny, ponieważ będzie istniała nieprzerwana linia widoczności. Odległość między T', a podłożem jest wartością AGL w rastrze wynikowym.

W rastrze wynikowymi AGL rejestrowana jest dodatkowa wysokość nad powierzchnią, na którą należy wznieść niewidoczne cele, aby stały się widoczne dla co najmniej jednego obserwatora. W tym przykładzie wartość AGL w lokalizacji celu jest równa przesunięciu punktu docelowego + TT'.

Przy obliczaniu odległości TT' nie przyjmuje się, że trójkąt OTT' jest prostokątny.

Interpretowanie wynikowej tabeli relacji obserwator-region

Gdy typem analizy jest Obserwatorzy, narzędzie generuje tabelę relacji obserwator-region, jak pokazano na poniższej ilustracji. W tej tabeli pole Observer zawiera listę identyfikatorów obiektów z wejściowej klasy obiektów. Pole Region zawiera wartości komórek dla regionów w wynikowym rastrze widoczności. Oznacza to, że tabela zawiera listę regionów, które są widoczne dla każdego obserwatora. Za pomocą tej tabeli można wyszukiwać identyfikatory regionów dla danego identyfikatora obserwatora i odwrotnie.

Tabela relacji obserwator-region identyfikuje obiekty, z których widoczne są poszczególne części powierzchni.

Te same informacje są zakodowane w wartościach wynikowych komórek rastra widoczności, ale w sposób trudniej dostępny. W takim przypadku wynikowy raster widoczności zawiera trzy wartości (1, 2 i 3), jak pokazano na poniższym zrzucie ekranu tabeli atrybutów:

Tabela atrybutów wynikowego rastra widoczności.

Obserwatorzy wejściowi są posortowani w porządku rosnącym według wartości w polu OBJECTID, a w wynikowym rastrze widoczności zapisana jest suma bitowa (operator LUB) ich posortowanych pozycji. Algebra map rastrowych umożliwia wyodrębnianie informacji o tym, którzy obserwatorzy widzą poszczególne regiony, a informacje te można powiązać z powrotem z obiektami obserwatorów przy użyciu tej reguły sortowania. Przykład jest przedstawiony na ilustracji poniżej. Przyjęto założenie, że Obserwator 1 ma identyfikator ObjectID 1, a Obserwator 2 ma identyfikator ObjectID 2. Wtedy Region 1 (obszar bladożółty) na wynikowej mapie widoczności będzie miał wartość komórek równą 1. Region 2 (obszar niebieski) na wynikowej mapie widoczności będzie miał wartość komórek równą 2. Region 3 (obszar zielony) na wynikowej mapie widoczności będzie miał wartość komórek równą 3 — wartość liczbową równą w sumie bitowej wartości 1 i 2.

Przedstawiony jest przykład danych wynikowych dla dwóch obserwatorów, gdy wybranym typem analizy jest Obserwator, a nie Częstotliwość.

Na powyższej ilustracji wynikowymi wartościami komórek są sumy bitowe wewnętrznych indeksów obiektów wejściowych. W tabeli relacji obserwator-region te same informacje są zapisane przy użyciu identyfikatorów klas obiektów zamiast wewnętrznych indeksów.

Sterowanie analizą widoczności

Istnieje możliwość ograniczenia pola widzenia każdego obserwatora przez określenie różnych wartości liczbowych lub pól w parametrach obserwatora. Te parametry obserwatora są funkcjonalnie tym samym co pola wyświetlania stożka, takie jak OFFSETA lub OFFSETB, służące do sterowania analizą widoczności w narzędziu Obszar widoczności. Różnica polega na tym, że parametrami obserwatora narzędzia Geodezyjny obszar widoczności mogą być dowolne pola liczbowe i nie ma ograniczenia do żadnych konkretnych nazw pól.

Optymalizacja wydajności

Określanie obszaru widoczności jest procesem znacznie obciążającym komputer. Poniżej wymienione są niektóre opcje zwiększające wydajność narzędzia.

• Skonfigurowanie parametru Promień zewnętrzny na wartość (na przykład 25 km), która jest sensowna w danym zastosowaniu. Narzędzie będzie przetwarzać wyłącznie komórki znajdujące się w odległości widoczności, co pozwala skrócić czas przetwarzania. Im większy jest docelowy Promień zewnętrzny, tym więcej czasu zajmuje jego przetwarzanie.
• Skonfigurowanie metody analizy na Pola widzenia po obwodzie. W tej metodzie narzędzie wyznacza linie widoczności tylko do komórek na brzegu stożka wyświetlania, co pozwala skrócić czas przetwarzania.
• Jeśli wejściowy raster wysokości obejmuje obszar geograficzny większy niż analizowany obszar, należy skonfigurować parametr środowiska Zasięg na analizowany obszar, co pozwala zmniejszyć wielkość rastra wynikowego.